母材晶粒度对钎焊接头疲劳断裂的影响

在组织和晶体结构一定的情况下，晶粒度是决定金属材料机械性能的主要因素。关于晶粒大小对性能的影响已有过很多研究，一般认为较粗大的晶粒可提高持久强度和蠕变强度，而较细小的晶粒则可提高屈服强度和疲劳强度，细化晶粒可以有效地提高疲劳极限（约提高10~20%），延长零件疲劳寿命。对于BNi-5钎料钎焊奥氏体不锈钢304L来说，由于钎焊温度过高，不锈钢晶粒发生了严重长大，为钎焊前后母材晶粒度的变化，抗拉强度也随晶粒长大显著下降，不锈钢304L未焊及焊后晶粒度与抗拉强度的变化。这种况下，晶界界面能起主要作用，单晶表面能可以忽略，即在细晶粒多晶体金属中，穿晶裂纹扩展的阻力主要来自晶界界面能。细晶粒多晶体金属总的表面能与晶粒尺寸成反比，所以当晶粒尺寸越小时，裂纹在材料中扩展时所需要克服的总表面能就越大，即晶界对它的阻碍作用也就越大，裂纹因为扩展困难从而减小了扩展速率，因此也就增加了材料的疲劳寿命。相反，晶粒尺寸越大，裂纹在材料中扩展时遇到晶界的频率就越低，晶界对它的阻碍作用就越小，裂纹扩展速率也就越高，疲劳寿命也就越短。

1190℃下保温15min钎焊后的不锈钢304L，晶粒平均尺寸为50μm左右，相对于未焊的不锈钢材料而言，晶粒发生了明显长大，所以发生疲劳断裂时，裂纹扩展时受到晶界的阻碍作用变小，裂纹扩展速率增大，疲劳寿命缩短。疲劳寿命随晶粒尺寸变化的理论公式为。

所以，在实际生产中，应采用合理的钎焊工艺或使用熔点低的钎焊材料，避免在高于1150℃的钎焊温度下长时间保温，减少晶粒的长大程度，以利于延长产品的疲劳寿命，并获得优良的综合机械性能。http://www.zhpct.com